Как кочевые муравьи перестраивают живые мосты

Кочевые муравьи соединяют тела, перекрывая разрывы дороги. Другие рабочие проходят по такому изменяемому мосту.

Местные взаимодействия поддерживают общую конструкцию

Исследование две тысячи тринадцатого года рассматривало мосты кочевых муравьёв в полевых условиях и с помощью вычислительной модели. Учёных интересовало сочетание устойчивости и быстрого изменения: конструкция должна выдерживать обычные колебания движения, но не оставаться на месте без необходимости.

Рабочие соединяли ноги и тела, перекрывая промежутки на дороге. Для описания индивидуального поведения использовали местную интенсивность движения и число соседей, с которыми связан участник моста. Это позволяло объяснять состояние общего сооружения через доступные отдельному муравью взаимодействия.

В модели мосты оставались особенно устойчивыми при регулярных колебаниях потока. Вместе с тем взаимодействия участников создавали возможность быстрого ответа на резкое прекращение движения. Последующие полевые опыты подтвердили такую чувствительность к остановке потока.

Устойчивость здесь не означает неизменность каждого участника или невозможность распада. Важно различать небольшие повторяющиеся колебания и внезапное исчезновение движения по мосту. Также соответствие модели наблюдениям не доказывает, что муравьи мысленно оценивают весь маршрут: индивидуальные правила описывали местные условия, а общий результат возникал из совместных действий множества рабочих, связанных в одной временной конструкции.

Сокращение пути имеет свою цену

В работе две тысячи пятнадцатого года изучали другой вид кочевых муравьёв в Панаме. Полевые эксперименты проверяли, как мост меняется в зависимости от геометрии дороги и интенсивности движения.

Конструкции удлинялись, становились шире и перемещались. Муравьи начинали мост там, где путь отклонялся от первоначального направления, затем выдвигали сооружение в промежуток. Так возникало сокращение дороги для проходящих рабочих.

Однако большая конструкция требовала больше участников. Муравьи, занятые в мосту, временно исключались из числа рабочих, которые могли искать, ловить и переносить добычу. Поэтому максимально короткая дорога не обязательно давала наилучший общий результат для колонии.

Авторы оценили геометрическое соотношение выигрыша и затрат, затем построили модель положения моста, увеличивающего скорость добывания пищи. Она качественно соответствовала наблюдаемому перемещению конструкций.

Это сравнение относится к исследованным условиям и принятому описанию затрат. Оно не показывает сознательного расчёта каждым рабочим или единственного подходящего размера любого моста. Конечное положение зависело и от потока, и от отклонения дороги; простое увеличение сооружения не было универсальной целью поведения, поскольку удержание дополнительных участников тоже меняло возможности всей колонии.

Одинаковый промежуток не всегда даёт одинаковый мост

В исследовании две тысячи двадцать второго года разрыв между опорами увеличивали, затем уменьшали. Проверяли, как живые мосты отвечают на изменение поверхности, на которой они закреплены.

Когда промежуток расширялся, увеличивались объём сооружения и число муравьёв в нём. При обратном изменении рабочие покидали конструкцию. Но уменьшение не было точным повторением увеличения в обратном порядке.

При одинаковой ширине промежутка мосты содержали больше участников на этапе уменьшения, чем на этапе расширения. Значит, состояние зависело не только от текущего расстояния, но и от предшествующего изменения конструкции. Такое явление называют гистерезисом — зависимостью ответа системы от её истории.

Исследователи сравнили несколько моделей присоединения рабочих и выхода из сооружения. Лучше наблюдаемую зависимость воспроизводила модель, учитывавшая недостаток или избыток участников относительно состояния равновесия.

Такое описание объясняло устойчивость к небольшим кратковременным изменениям и ответ на сохраняющиеся нарушения. Однако модель не является прямой записью решений в нервной системе отдельного муравья. История общего сооружения тоже не означает, что каждый участник хранит человеческое воспоминание о каждой прошлой ширине промежутка между опорами.

Что показывает изображение

На иллюстрации один бурый муравей находится на веточке. Видны усики, ноги и узкая перетяжка тела. Портрет показывает муравья, а работу моста исследуют отдельно.